水泥窑协同处置污泥技术的研究与分析

张玮

【摘 要】 水泥窑协同处置污泥技术具有降低废气排放、充分利用生活污泥热值、生活污泥中有机物得到彻底分解、不会影响水泥质量等优点，因此近年来在我国得到了广泛的关注和重视。本文对水泥窑协同处置污泥技术的特征进行介绍，并且就几个关键技术问题进行了探讨，以期为相关工作人员提供一些有益的参考和借鉴。

【关键词】 水泥窑 污泥 协同处置d

污泥是城市污水处理过程产生的城市废物，但从化学成分考虑，污泥燃烧后形成的焚烧灰分主要化学成分为CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3等，与水泥生料和水泥熟料的组分接近。水泥基材料是一类面广量大的材料，是可以大量吸纳和处理焚烧灰渣的吸纳基体。以上海为例，目前上海水泥熟料的年生产能力200万吨，如果以污泥部分替代煤作为燃料，用于生产水泥熟料，按替代30%煤计算，上海的水泥生产可处理20万吨干污泥，每天可消纳600-700吨脱水干污泥，实现污泥的高附加值资源化。因此利用水泥窑处置污泥能够真正实现污泥的无害化、减量化和资源化，推广水泥窑协同处置污泥技术具有重要的现实意义。

1 水泥窑协同处置污泥技术的概述

1.1 水泥窑协同处置污泥技术的分类

水泥窑协同处置污泥技术，是指将需要处置的污泥采用密封的运输方式，运输到指定地点后利用水泥窑窑尾的高温进行煅烧处置。目前水泥窑协同处置污泥技术主要可分为如下两类：

第一类是直接入窑，即用污泥泵将含水率为80%及以上的污泥直接送入回转窑窑尾，污泥在回转窑内进行焚烧。采用此种处置方式时，污泥预先不需要进行烘干处理，但会造成烟室内温度出现较大波动的现象，可能影响水泥生产线的平稳运行。

第二类是干化后入窑，即在专门的干化设备中，利用窑尾锅炉余热将污泥含水率降低至30%，然后送入分解炉燃烧。采用此种处置方式时，需要增加专门的干化设备，并且干化过程中的废弃比较难以处理。

1.2 水泥窑协同处置污泥技术的特征

大量试验和检测证明，水泥窑协同处置污泥技术不仅是安全可行的，而且具有巨大的经济和社会效益：

第一，回转窑中的气体温度高度1300℃，并且窑内物料呈高湍硫化装袋，在如此高温和富余氧气存在的情况下，污泥中的有害有机物成分焚烧率接近于100%，这意味着污泥中几乎所有的有害有机物都可以被完全分解。

第二，回转窑工作状况稳定并且具有较大的热容量，一次处理的污泥量较多，并且系统运行处于全负压状态，能够有效避免有害和有毒气体的外溢。

第三，回转窑内的材质（如原料、耐火砖、熟料、窑皮）等均为碱性，它们可以有效抑制和吸收Cl-、SO2的排放，从而起到尾气净化的作用。此外，当用水泥窑协同处置燃烧污泥时，替代了部分燃烧的燃料作用，从而节约了燃料，有效减少了CO2的排放总量。

第四，污泥中含有较高的有机物含量，可以替代部分燃料，从而直接降低水泥厂对热能的需求。焚烧剩余的残渣进入水泥熟料，最终成为水泥成品的组成原料，这样即减少填埋场地和资金，也会减轻对环境的污染。

2 水泥窑协同处置污泥技术的关键问题

2.1 水泥窑协同处置污泥对水泥熟料的影响

（1）污泥掺入对水泥配料的影响。水泥熟料是一种多类矿物的集合体，经回转窑煅烧后，其中的SiO2、Fe2O3、CaO和Al2O3等四种氧化物以两种或两种以上氧化物反应生成的矿物集合体的形式存在，而水泥熟料的矿物组成对水泥强度的性能具有较大影响，因此需要控制配料的率值来确保水泥产品的质量。研究结果表明，当污泥掺入量为0%～5%时，污泥掺入对熟料的铝率和硅率影响不大，但会使熟料的石灰饱和系数下降较快，造成熟料中C3S含量迅速降低，C2S含量随之增高，并且污泥掺入量的增大会影响熟料的质量。而由于污泥和飞灰混合物的成分与生料成分类似，利用其制备熟料后，石灰饱和系数和矿物组成变化不大，因此利用水泥窑焚烧污泥和飞灰混合物对熟料质量没有明显影响。

（2）污泥掺入对水泥易燃性的影响。污泥掺入对水泥易燃性的改善作用比较明显，在1350℃的条件下，污泥灰掺量为5%的熟料中f-CaO含量下降了44.7%，在不同温度下煅烧时，污泥的掺入都明显降低了熟料中f-CaO的含量。

（3）污泥掺入对熟料主要矿物组成的影响。研究表明，在不同温度下煅烧时，当污泥灰掺量小于1%时，污泥中的重金属等微量元素的引入将降低液相形成温度并改变硅酸盐矿物的晶格结构，使熟料中C2S的含量增加；但随着污泥掺量的增加，硅在生料中的比例将继续上升，熟料中C3S的含量开始下降。在1450℃的温度下，熟料中C3S矿物相已基本形成，污泥掺量的增加会致使熟料中C3S含量整体呈现下降趋势，C2S含量逐渐增加。

总的说来，掺入污泥后水泥熟料的各项指标都能够满足国家标准，除稠度外，其他基本物理性能都没有显著的变化，因此添加适量污泥对水泥熟料性能是有利的。

2.2 污泥干化特性的研究

（1）干化温度对污泥干化的影响。采用热分析法研究污泥干化温度对干化速率的影响，结果表明当污泥干化温度高于200℃后，污泥中的自由水快速增发，且温度变化对污泥含水率影响不大。此外，当干化温度处于200～350℃时，温度对污泥脱水效果的影响不大，温度继续升高反而会降低干污泥中有机物的含量，造成其热值降低。

（2）污泥量对污泥干化的影响。采用热分析法研究污泥量对污泥干化的影响，结果表明污泥加入量越大，污泥水分降低至含水率为0%所需的时间就越长，但随着温度的升高，在干化过程的某一时刻，不同量污泥中含水率情况相差不大，即随着温度升高污泥量对干化所需时间的影响逐渐减小，因此当污泥加入量在一定范围时，干化温度越高，污泥干化效果的差别就越小。

3 讨论

从全文的分析可知，水泥窑协同处置污泥技术是安全可行的，它能够对污泥资源进行回收利用，同时减轻对环境的污染，因此非常值得在我国进行推广和应用。但需要注意的是，目前水泥窑协同处置污泥技术还存在一定缺陷。如何有效地控制臭气排放浓度，项目的折旧成本和生产成本较高，尤其是在直接处理含水量高于80%的湿污泥时，控制水泥窑协同处置污泥混合物的燃烧工况，避免造成烟室内温度出现较大的波动，从而导致耐火材料表面产生结皮现象，影响到水泥的品质，烘干设备和进料设备的选型，重金属、二噁英等污染物质的控制和监测都是在协同处置过程中应该重点研究和考虑的问题。这需要我们相关工作者的进一步深入探讨。

参考文献：

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[2]齐砚勇.水泥窑协同处置污泥技术[J].四川水泥，2012（2）.

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